DE495560C

DE495560C - Electric discharge tubes

Info

Publication number: DE495560C
Application number: DER69477D
Authority: DE
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1925-12-21
Filing date: 1926-12-02
Publication date: 1930-04-09

Description

Elektrische Entladungsröhre Die Erfindung betrifft gasgefüllte elektrische Entladungsröhren, besonders mit Hohlkathoden, und bezweckt eine Vergrößerung der Belastbarkeit sowie eine Verringerung des Spannungsabfalles, besonders im Hinblick auf die Verwendung der Röhren für verhältnismäßig hohe Belastungen, und vor allem, den Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode unabhängig von der Belastung zu machen. Gemäß der Erfindung wird das Gas in der Hohlkathode durch ein Hochfrequenzfeld ionisiert, so daß der Spannungsabfall im wesentlichen unabhängig von der Belastung ist.Electric Discharge Tube The invention relates to gas-filled electric tubes Discharge tubes, especially those with hollow cathodes, and aims to enlarge the Resilience as well as a reduction in the voltage drop, especially with regard to on the use of the tubes for relatively high loads, and above all, to make the voltage drop between anode and cathode independent of the load. According to the invention, the gas in the hollow cathode is ionized by a high-frequency field, so that the voltage drop is essentially independent of the load.

Eine Verkörperung des Erfindungsgedankens sei an Hand der Abbildungen näher beschrieben.An embodiment of the idea of the invention is based on the illustrations described in more detail.

Abb. i stellt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform dar; Abb:2 zeigt den Schnitt längs Linie 2-2 von Abb. i ; Abb.3 entspricht dem Schnitt längs Linie 3-3 von Abb. i ; Abb. 4. stellt einen senkrechten Längsschnitt einer anderen Ausführungsform dar; Abb. 5 ist ein Schnitt längs Linie 5-5 von Abb. q.; Abb.6 stellt einen senkrechten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform dar. Die besondere Ausführungsform nach den Abb. i, a und 3 zeigt eine Röhre i mit einer Kathode in Form eines Toroids, also einer ringförmig gebogenen Röhre, welche auf einer Seite aufgeschnitten ist und dort zwischen den Enden q. und 5 einen Spaltraum 3 freiläßt. Gegenüber diesem Spalt 3 befindet sich eine Röhre 6, welche mit dem Innern der Kathode verbunden ist. Diese Röhre erstreckt sich nach unten bis in einen O_uecksitbersumpf 7, der sich in dem unteren Ende des Entladungsgefäßes befindet, so daß also das Quecksilber im Innern .der Röhre 6 gegen Wärmeverluste geschützt, hochsteigen kann. Ein Isolierzylinder 8 kann über das untere Ende der Röhre 6 geschoben werden. Die Kathode kann in dem Gehäuse i der Entladungsröhre auf geeignete Weise, z. B. mittels der Zuleitung q:0, befestigt werden. Ein Zylinder 9 aus magnetischem Material umgibt die Röhre 6 etwas oberhalb des Quecksilberspiegels 7. Dieser Zylinder kann vermittels Wirbelströmen so hoch erhitzt werden, daß das Quecksilber in der Röhre 6 verdampft. Die Anode besteht aus einer Platte io, welche sich in -den Zwischenraum 3 hinein erstreckt. Eine Magnetspule i i außerhalb der Röhre, vorzugsweise in derselben Ebene mit dem Kathodenring, dient zur Erzeugung von In- Auktionsströmen im Kathodengas und auch in dem Zylinder 9. Das Füllgas -der Röhre besteht im wesentlichen aus Quecksilberdampf von etwa o,oi min Druck; es können aber auch andere Gase verwendet werden, einzeln oder in Mischung.Fig. I shows a longitudinal section through an embodiment; Fig: 2 shows the section along line 2-2 of Fig. i; Fig.3 corresponds to the cut lengthways Line 3-3 of Figure i; Fig. 4. represents a vertical longitudinal section of another Embodiment; Figure 5 is a section along line 5-5 of Figure q .; Fig.6 represents represents a vertical longitudinal section of a further embodiment. The special Embodiment according to Figs. I, a and 3 shows a tube i with a cathode in Shape of a toroid, i.e. a ring-shaped curved tube, which is on one side is cut open and there between the ends q. and 5 leaves a gap 3 free. Opposite this gap 3 is a tube 6, which with the interior of the cathode connected is. This tube extends down into an O_uecksitbersump 7, which is located in the lower end of the discharge vessel, so that the Mercury inside .der tube 6 protected against heat loss, can rise. An insulating cylinder 8 can be slid over the lower end of the tube 6. the Cathode can be in the housing i of the discharge tube in a suitable manner, e.g. B. by means of of the supply line q: 0. A cylinder 9 made of magnetic material surrounds the tube 6 slightly above the mercury level 7. This cylinder can mediate Eddy currents are heated so high that the mercury in the tube 6 evaporates. The anode consists of a plate io, which extends into the gap 3 extends. A solenoid i i outside the tube, preferably in the same plane with the cathode ring, is used to generate in- Auction flows in the cathode gas and also in the cylinder 9. The filling gas of the tube consists essentially from mercury vapor at about 0.1 min pressure; however, other gases can also be used individually or in a mixture.

Wenn durch die Spule i i ein Hochfrequenzstrom geleitet wird (z. B. mit io' Perioden pro Sekunde), so fließt ein Induktionsstrom in dem Füllgas des Ringraumes, während die Wirbelströme in den Wandungen des To.roids selbst durch .den Luftspalt 3 unterdrückt werden. Bei einem Induktionsstrom von genügender Stärke wird das Gas im Innern des Ringes und über den Zwischenraum 3 hinweg intensiv ionisiert. Zu diesem Zwecke hat der Strom in Spule i i vorzugsweise eine Wechselspannung welche höher ist als die Ionisierungsspannung des Gases oder Dampfes im Innern des Toroids. Der Induktionsstrom im Gas des Ringraumes soll von beträchtlicher Stärke sein und für die meisten Zwecke mehrere Ampere betragen. Dieser Strom liefert eine reichliche Menge von Ionen im Innern der Ringkathode. Bei diesem Ionisierungsgrade kann zwischen Kathode und Anode schon bei sehr niedriger Spannung -ein elektrischer Stromübergang stattfinden, wenn auch etwas höhere Spannungen notwendig sind, damit die Entladung einsetzt.If a high-frequency current is passed through the coil i i (e.g. with io 'periods per second), an induction current flows in the filling gas of the Annular space, while the eddy currents in the walls of the To.roids themselves through . The air gap 3 is suppressed. With an induction current of sufficient strength the gas inside the ring and across the space 3 is intensively ionized. For this purpose, the current in coil i i preferably has an alternating voltage which is higher than the ionization voltage of the gas or vapor inside the toroid. The induction current in the gas of the annulus should be of considerable strength and be several amps for most purposes. This stream provides an abundant supply Amount of ions inside the ring cathode. With this degree of ionization, between Cathode and anode even at very low voltage - an electrical current transfer take place, even if somewhat higher voltages are necessary for the discharge begins.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß sich der geringe Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode aus der intensiven Ionisierung ergibt, welche im Innern der hohlen Kathode über den Spalt 3 hinweg durch .die Hochfrequenzströme erzeugt wird, die unabhängig von dem Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode sind. Die Entladung zwischen diesen ist im Innern der hohlen Kathode über eine große Fläche hinweg ausgebreitet, so daß lokale Erhitzungen der Kathode, die oft zu deren Zerstörung führen, vermieden werden. Überdies sind die Gesamtverluste in der Röhre viel geringer als die in den gewöhnlichen Entladungsgefäßen. Weiterhin gestattet es der sehr niedrige Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode, während der ganzen Betriebszeit die Vorrichtung parallel mit ähnlichen Röhren als Gleichrichter zu verwenden, Bohne daß Reaktanzspulen damit in Reihe geschaltet zu werden brauchen, um eine richtige Verteilung der Belastung zu erreichen oder zum mindesten nur geringe Reaktanzen, was dem Umstande zu verdanken ist, daß die Röhre eine ansteigende Stromspannungscharakteristik aufweist.From the above it can be seen that the low voltage drop between cathode and anode results from the intense ionization which occurs inside the hollow cathode across the gap 3 by .die high-frequency currents generated that are independent of the voltage drop between cathode and anode. the Discharge between these is inside the hollow cathode over a large area spread away, so that local heating of the cathode, which often leads to its destruction lead to be avoided. In addition, the overall losses in the tube are much lower than those in the ordinary discharge vessels. Furthermore, the very low one allows it Voltage drop between cathode and anode, during the entire operating time Device to use in parallel with similar tubes as a rectifier, bean that reactance coils need to be connected in series in order to obtain a correct To achieve distribution of the load or at least only low reactances, which is due to the fact that the tube has an increasing voltage characteristic having.

Die in den Abb. q. und 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine hohle Kathode 12 in Form eines oben offenen Bechers reit einer Entladungsöffnung 13 in seinem Boden.. Anode 14 ist unterhalb der Kathode angebracht, und die einander gegenüberstehenden Oberflächen der beiden Elektroden zeigen vorzugsweise einen solchen Abstand, z. B. etwa 1,4 mm, daß in dem Gasraum dazwischen keine wesentliche Ionisierung erfolgt, falls Elektronen hindurchfliegen, so daß also die eigentliche Entladung zwischen dem Innern der hohlen Kathode und der Anode durch die Öffnung 13 hindurch vor sich geht. Ein Ring 15 aus magnetischem Material ist im Innern der hohlen Kathode an der Zuleitung 2o aufgehängt. In diesem Ringraum werden mittels der Hochfrequenzspule 16, die das Entladungsgefäß konaxial zu Ring und Kathode umgibt, Wirbelströme erzeugt. Die Kathode weist zur Vermeidung von Wirbelströmen in Abständen mehrere Schlitze 17 auf und besteht vorzugsweise aus einem unmagnetischen Material, damit sie keine Schirmwirkungen auf den Ring i5 ausüben kann. Die Kathode sitzt innerhalb der Glasröhre mit sehr geringem Spielraum und kann auf geeignete Weise z. B. an den Zuleitungen 18, befestigt werden. " Bei dieser Ausführungsform der Röhre verwendet man am besten als Füllgas ein indifferentes einatomiges Gas, wie Argon, Neon oder Helium.The in fig. Q. and Figure 5 shows a hollow one Cathode 12 in the form of an open-topped cup rides a discharge opening 13 in its bottom .. anode 14 is placed below the cathode, and facing each other Surfaces of the two electrodes preferably show such a distance, e.g. B. about 1.4 mm, that no significant ionization takes place in the gas space in between, if electrons fly through, so that the actual discharge between the interior of the hollow cathode and the anode through the opening 13 in front of you goes. A ring 15 made of magnetic material is attached to the interior of the hollow cathode the supply line 2o suspended. In this annulus are by means of the high-frequency coil 16, which surrounds the discharge vessel conaxially to the ring and cathode, generates eddy currents. The cathode has several slots at intervals to avoid eddy currents 17 and is preferably made of a non-magnetic material so that they do not Can exert shielding effects on the ring i5. The cathode sits inside the glass tube with very little margin and can in a suitable manner z. B. on the supply lines 18, to be attached. "This is the best way to use the tube the filling gas is an inert monatomic gas such as argon, neon or helium.

Der Betrieb der in Abb. q. und 5 dargestellten Röhre gestaltet sich wie folgt: Ring 15 wird durch die von Spule 16 induzierten Wirbelströme auf eine genügende Temperatur erhitzt, um Elektronen auszusenden, zwecks Einleitung der Hauptentladung. Zu diesem Zwecke ist er vorzugsweise mit der Stromquelle über einen Widerstand i9 verbunden, so daß nur ein geringer Stromanteil zwischen ihm und Anode fließen kann, nachdem die Röhre in Tätigkeit ist. Ring 15 wird genügend klein gemacht, so daß auch innerhalb des Gases in der hohlen Kathode Wirbelströme induziert werden können. Dadurch wird das an der Innenfläche befindliche Gas intensiv ionisiert, und es werden i die gleichen Vorteile erzielt, wie sie bereits weiter oben bei der Ausführungsform gemäß Abb. i bis 3 beschrieben wurden. Der ganze Hohlraum der Kathode wird durch die vermittels Hochfrequenzspule 16 darin erzeugten j Wirbelströme ionisiert.The operation of the in Fig. Q. and 5 shown tube is formed as follows: Ring 15 is affected by the eddy currents induced by coil 16 heated to a sufficient temperature to emit electrons in order to initiate the main discharge. For this purpose it is preferably connected to the power source via a resistor i9 connected so that only a small amount of current can flow between it and anode, after the tube is in operation. Ring 15 is made small enough so that Eddy currents can also be induced within the gas in the hollow cathode. As a result, the gas on the inner surface is intensively ionized and it becomes i achieved the same advantages as already mentioned above in the embodiment according to Fig. i to 3 were described. The whole cavity of the cathode is through the eddy currents generated therein by means of high-frequency coil 16 are ionized.

Die Ausführungsform gemäß Abb. 6 umfaßt eine hohle Kathode 21 mit Entladungsöffnung 22 am oberen Ende und eine Röhre 23 an ihrem unteren Ende, welche in einen Quecksilbersumpf 2,4 eintaucht. Die Anoden 25 und 26 sind gegenüber Öffnungen 22 angebracht. Die Kathode wird von einem zylindrischen Schild 27 umgeben, welcher auf dem Rohr 23 bei 28 befestigt ist und eine Öffnung 22 für die Entladung zwischen tdem Innern der Kathode und den Anoden aufweist. 29 stellt die Hochfrequenzspule dar, wie sie oben beschrieben wurde.The embodiment according to Fig. 6 comprises a hollow cathode 21 with Discharge port 22 at the upper end and a tube 23 at its lower end, which immersed in a mercury sump 2.4. The anodes 25 and 26 are opposite openings 22 attached. The cathode is surrounded by a cylindrical shield 27, which is fixed on the tube 23 at 28 and an opening 22 for discharge between t inside the cathode and anodes. 29 represents the high frequency coil as described above.

Bei dieser Ausführungsform wird die Kathode aus einem leitenden Material, der Schild 2; aus unmagnetischem Stoff hergestellt. Letzterer weist in Abständen senkrechte Schlitze auf, so daß in der Kathode Wirbelströme induziert werden können, wodurch diese auf Weißglut erhitzt werden. Der Schild 27 dient dazu, die von der heißen Kathode ausgehenden Wärmestrahlen zurückzuhalten, so daß die Kathode ohne erhebliche Strahlungsverluste auf Weißglut gehalten werden kann.In this embodiment, the cathode is made of a conductive material, the shield 2; made of non-magnetic material. The latter points at intervals vertical slots so that eddy currents can be induced in the cathode, whereby these are heated to white heat. The shield 27 is used by the hot cathode to hold back outgoing heat rays, so that the cathode without considerable radiation losses can be kept on incandescent heat.

Beim Betrieb einer Röhre, wie sie in Abb. 6 dargestellt ist wird durch die hocherhitzte Kathode der im Innern derselben befindliche Dampf teilweise ionisiert und elektrisch leitend. Die Hochfrequenzspule 29 induziert dann viel leichter in dem Kathodengas Wirbelströme, wodurch dieses noch höher erhitzt wird und stärker ionisiert wird. In diesem Falle braucht also der Spannungsabfall pro mittlerer freier Weglänge des Elektrons nicht so hoch zu sein als die lonisierungsspannüng. Die Anordnung mit zwei Anoden kann für verschiedene Zwecke, beispielsweise zur vollständigen Gleichrichtung von Wechselströmen, verwendet werden. In diesem Falle erfolgt die Entladung abwechselnd zwischen den Anoden und dem Innern der Kathode. Natürlich können auch bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen zwei Anoden verwendet werden.When operating a tube as shown in Fig. 6 is carried out by the highly heated cathode partially ionizes the vapor inside it and electrically conductive. The high frequency coil 29 then induces much more easily the cathode gas eddy currents, whereby this is heated even higher and stronger is ionized. In this case, the voltage drop needs to be free per mean Path length of the electron not to be as high as the ionization voltage. The order with two anodes can be used for different purposes, such as full rectification of alternating currents. In this case, the discharge takes place alternately between the anodes and the inside of the cathode. Of course, you can also do this before described embodiments two anodes are used.

Claims

Claim: electric discharge tube with anode and openings, acting as cathode hollow bodies, which are separated from one another by a gas-filled space; characterized in that the gas in the hollow cathode by a. High frequency field is ionized; so that the voltage drop is essentially independent of the load.